Question

建筑工地上工人要铺设管线．一名工人在长的空铁管的一端用铁锤敲击一下铁管，另一名工人在铁管的另一端可以听到几次声音？为什么？

两次；因为声音在铁管中的传播速度比在空气中的传播速度快

．这两个师傅发现了这个奇怪的声现象，共同商量，想测出声音在铁管中的传播速度大小，你能否帮助其设计一个测量声速的方案？
（1）需要哪些实验器材？

秒表、米尺

．
（2）需要测量及已知的物理量有哪些？

铁管的长度s、听到两次声音的时间差t、空气中的声速v_空

．
（3）写出具体的测量步骤．

①用米尺量出铁管的长度s；②用秒表测出听到两次声音的时间差t

．
（4）声音在铁管内传播速度大小的数学表达式（用测得的物理量和已知量来表示）

v_铁=

s

s v空-t

．

．

Answer 1

分析：声音在铁管和空气中的传播速度不同，在铁管中的传播速度较快，在空气中的传播速度较慢；
（1）在实验中需测量声音通过的路程及在空气和铁管中传播所用的时间差，所以要用到测量路程和时间的工具；
（2）根据公式t=

s

v

分别表示出声音在空气和铁管中的传播时间，然后根据时间差列出关系式，得出铁管内传播速度的表达式．

解答：解：首先，应该听到两次声音．一次是敲击声在空气中传播的结果，一次是在铁管中传播的结果．由于是声音在固体中传播的速度快，故第一声为铁管中的声音．
实验中需要用秒表测量听到两次声音的时间差，用米尺测量铁管的长度即声音通过的距离，所以测量实验器材：秒表，米尺，
其中声音在空气中的传播速度为v_空=340m/s是已知的；
实验步骤：
1．测量出空铁管长度s；
2．当敲击铁管一端时，在另一侧听音，听到第一声时按下秒表开始，第二声时按下秒表结束，得到两次时间差t；
计算步骤：
设声音在铁管中传播速度v_铁，空气中传播速度v_空
则

s

v空

-

s

v铁

=t
解得：v_铁=

s

s v空 -t

．

故答案为：两次；因为声音在铁管中的传播速度比在空气中的传播速度快；
（1）秒表、米尺；
（2）铁管的长度s、听到两次声音的时间差t、空气中的声速v_空；
（3）①用米尺量出铁管的长度s；②用秒表测出听到两次声音的时间差t．
（4）v_铁=

s

s v空 -t

．

点评：此题根据声音在不同介质中的传播速度不同来测量声音在铁管中的传播速度，考查了对速度公式的应用及对声音在空气中传播速度的掌握，要计算出声音在铁管中的传播速度，关键是能够表示出时间差的关系式．